In spektrometer is in wittenskiplik ynstrumint dat brûkt wurdt om it spektrum fan elektromagnetyske strielingen te analysearjen, it kin in spektrum fan strielingen werjaan as in spektrograaf dy't de ferdieling fan ljochtintensiteit fertsjintwurdiget mei respekt foar golflingte (y-as is de yntensiteit, x-as is de golflingte / frekwinsje fan it ljocht).It ljocht is oars skieden yn 'e golflingten fan' e gearstalling binnen de spektrometer troch beamsplitters, dy't meast brekkingsprisma's of diffraksjeroosters binne Fig.
Fig. 1 Spektrum fan gloeilampe en sinneljocht (links), beam splitting prinsipe fan grating en prisma (rjochts)
Spektrometers spylje in wichtige rol by it mjitten fan in breed skala oan optyske strieling, itsij troch direkt it emisjespektrum fan in ljochtboarne te ûndersiikjen of troch it analysearjen fan de refleksje, absorption, transmissiaasje of fersprieding fan ljocht nei syn ynteraksje mei in materiaal.Nei de ynteraksje fan ljocht en matearje ûnderfynt it spektrum de feroaring yn in bepaald spektralberik of in spesifike golflingte, en kinne de eigenskippen fan 'e stof kwalitatyf of kwantitatyf analysearre wurde neffens de feroaring yn it spektrum, lykas de biologyske en gemyske analyze fan de gearstalling en konsintraasje fan bloed en ûnbekende oplossings, en de analyze fan it molekule, atoomstruktuer en elemintêre gearstalling fan materialen Fig.
figuer 2 Infrarot absorption spectra fan ferskillende soarten oaljes
Oarspronklik útfûn foar de stúdzje fan natuerkunde, astronomy, skiekunde, is de spektrometer no ien fan 'e wichtichste ynstruminten op in protte fjilden, lykas gemyske technyk, materiaalanalyse, astronomyske wittenskip, medyske diagnostyk en biosensing.Yn de 17e ieu, Isaac Newton by steat om te splitsen it ljocht yn trochgeande kleurde band troch trochjaan fan in beam fan wyt ljocht troch in prisma en brûkt wurd "Spektrum" foar de earste kear te beskriuwen dizze resultaten Fig.
Fig. 3 Isaac Newton bestudearret it sinneljochtspektrum mei in prisma.
Oan it begjin fan 'e 19e iuw makke de Dútske wittenskipper Joseph von Fraunhofer (Franchofer), yn kombinaasje mei prisma's, diffraksjesliten en teleskopen, in spektrometer mei hege krektens en krektens, dy't brûkt waard om it spektrum fan sinne-emissies te analysearjen Fig 4. Hy observearre foar de earste kear dat spektrum fan de sinne syn sân-kleur is net kontinu, mar hat in oantal donkere linen (oer 600 diskrete rigels) op it, bekend as de ferneamde "Frankenhofer line".Hy neamde de meast ûnderskieden fan dizze rigels A, B, C...H en hy telde sa'n 574 rigels tusken B en H, wat oerienkomt mei de opname fan ferskate eleminten op it sinnespektrum Fig. 5. Tagelyk wie Fraunhofer ek de earst in diffraksjerooster te brûken om linespektra te krijen en de golflingte fan 'e spektrale linen te berekkenjen.
Fig. 4. In iere spektrometer, besjoen mei de minske
Fig. 5 Fraun Whaffe line (donkere line yn lint)
figuer 6 sinnespektrum, mei it konkave diel dat oerienkomt mei de line fan Fraun Wolfel
Yn 'e midden fan' e 19e ieu, De Dútske natuerkundigen Kirchhoff en Bunsen, wurken gear oan 'e Universiteit fan Heidelberg, en mei Bunsen syn nij ûntwurpen flamme ark (de Bunsen burner) en fierden de earste spektrale analyze troch it notearjen fan de spesifike spektrale linen fan ferskate gemikaliën (sâlten) sprinkele yn Bunsen burner flamme fig.7. Se realisearre it kwalitative ûndersyk fan eleminten troch observearjen fan de spektra, en yn 1860 publisearre de ûntdekking fan de spektra fan acht eleminten, en bepale it bestean fan dizze eleminten yn ferskate natuerlike gearstalling.Har befinings liede ta it oprjochtsjen fan in wichtige tûke fan spektroskopyske analytyske skiekunde: spektroskopyske analyze
Fig.7 Flame reaksje
Yn 'e jierren '20 fan' e 20e ieu brûkte de Yndiaanske natuerkundige CV Raman in spektrometer om it ynelastyske ferspriedingseffekt fan ljocht en molekulen yn organyske oplossingen te ûntdekken.Hy konstatearre dat it ynfallende ljocht ferspraat mei hegere en legere enerzjy nei ynteraksje mei ljocht, dat wurdt letter neamd Raman scattering fig 8. De feroaring fan ljocht enerzjy karakterisearret de mikrostruktuer fan molekulen, sa Raman ferstruit spektroskopy wurdt in soad brûkt yn materialen, medisinen, gemyske en oare yndustry om it molekulêre type en struktuer fan stoffen te identifisearjen en te analysearjen.
Fig. 8 De enerzjy feroaret neidat ljocht ynteraksje mei de molekulen
Yn 'e jierren '30 fan' e 20e ieu stelde de Amerikaanske wittenskipper Dr. Beckman foar it earst foar om de absorption fan ultravioletspektra op elke golflingte apart te mjitten om it folsleine absorptionsspektrum yn kaart te bringen, en dêrmei it type en konsintraasje fan gemikaliën yn oplossing te sjen.Dizze oerdracht absorption ljocht rûte bestiet út de ljocht boarne, spektrometer, en stekproef.De measte fan 'e hjoeddeistige oplossingskomposysje en konsintraasjedeteksje is basearre op dit transmissieabsorpsjonsspektrum.Hjir, de ljocht boarne wurdt splitst op de stekproef en it prisma of grating wurdt skansearre te krijen ferskillende golflingten Fig.
Fig. 9 Absorbance Detection Principle –
Yn 'e jierren '40 fan' e 20e ieu waard de earste direkte deteksjespektrometer útfûn, en foar it earst ferfongen fotomultiplikatorbuizen PMT's en elektroanyske apparaten de tradisjonele minsklike eachobservaasje as fotografyske film, dy't de spektrale yntinsiteit direkt tsjin 'e golflingte koe lêze. 10. Sa is de spektrometer as wittenskiplik ynstrumint yn 'e rin fan' e tiid signifikant ferbettere yn termen fan gebrûksgemak, kwantitative mjitting en gefoelichheid.
figuer 10 Photomultiplikator tube
Yn 'e midden fan' e lette 20e ieu wie de ûntwikkeling fan spektrometertechnology net te skieden fan 'e ûntwikkeling fan opto-elektroanyske semiconductor materialen en apparaten.Yn 1969 betochten Willard Boyle en George Smith fan Bell Labs CCD (Charge-Coupled Device), dy't doe troch Michael F. Tompsett yn 'e jierren '70 ferbettere en ûntwikkele waard ta imaging-applikaasjes.Willard Boyle (links), George Smith wûn dy't wûn de Nobelpriis foar harren útfining fan de CCD (2009) werjûn Fig.. 11. Yn 1980, Nobukazu Teranishi fan NEC yn Japan útfûn in fêste fotodiode, dy't gâns ferbettere de ôfbylding lûd ferhâlding en resolúsje.Letter, yn 1995, útfûn NASA's Eric Fossum de CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) byldsensor, dy't 100 kear minder macht verbruikt as ferlykbere CCD-ôfbyldingssensors en in folle legere produksjekosten hat.
Fig. 11 Willard Boyle (links), George Smith en harren CCD (1974)
Oan 'e ein fan' e 20. ieu, de oanhâldende ferbettering fan semiconductor opto-elektroanyske chip ferwurkjen en manufacturing technology, benammen mei de tapassing fan array CCD en CMOS yn spectrometers Fig.. 12, wurdt it mooglik om te krijen in folslein oanbod fan spektra ûnder ien exposure.Yn 'e rin fan' e tiid hawwe spektrometers wiidweidich gebrûk fûn yn in breed skala oan tapassingen, ynklusyf mar net beheind ta kleurdeteksje / mjitting, lasergolflingteanalyse, en fluorescensspektroskopy, LED-sortearjen, ôfbyldings- en ljochtsensingapparatuer, fluoreszinsjespektroskopy, Raman-spektroskopy, en mear .
figuer 12 Ferskate CCD chips
Yn 'e 21e ieu is it ûntwerp en produksjetechnology fan ferskate soarten spektrometers stadichoan matured en stabilisearre.Mei de tanimmende fraach nei spektrometers yn alle lagen fan it libben, is de ûntwikkeling fan spektrometers rapper en yndustryspesifyk wurden.Neist de konvinsjonele optyske parameter yndikatoaren, ferskate yndustry hawwe oanpast eask fan folume grutte, software funksjes, kommunikaasje ynterfaces, antwurd snelheid, stabiliteit, en sels kosten fan spektrometers, wêrtroch't de spektrometer ûntwikkeling wurden mear ferskaat.
Post tiid: Nov-28-2023